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第三章机械加工质量授课教师：丁晓映集美大学机械与能源工程学院§3.1概述——零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。衡量进行加工质量的指标有两方面：加工精度表面质量上一页下一页一、机械加工精度和加工误差——在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差来表示。1、机械加工精度：——指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。上一页下一页——从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加工得绝对准确，可以允许有—定的加工误差，只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。2、加工误差：——指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的偏离程度。加工精度越高，则加工误差越小，反之越大。——加工精度的高低以国家有关公差标准来表示。保证和提高加工精度实际上是限制和降低加工误差。上一页下一页3、机械加工精度包含的内容尺寸精度形状精度位置精度机械加工精度三者之间的关系：（1）当尺寸精度要求高时，相应的位置精度和形状精度也要求高。形状公差应限制在位置公差内，位置公差应限制在尺寸公差内。（2）当形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度不一定要求高。上一页下一页4、加工精度与加工成本和生产效率的关系一般：加工精度要求↑→加工成本↑→生产效率↓5、研究加工精度的目的——弄清各种原始误差对加工精度影响的规律→掌握控制加工误差的方法→获得预期的加工精度，必要时能指出进一步提高加工精度的途径。6、研究加工精度的方法因素分析法统计分析法——在实际生产中，常常结合起来应用。先用统计分析法寻找误差的出现规律，初步判断产生加工误差的可能原因，然后运用单因素分析法进行分析、试验，以便迅速、有效地找出影响加工精度的主要原因。上一页下一页二、影响加工精度的因素——零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的形成，归根到底取决于工件和刀具在切削过程间的相互位置。由于工艺系统存在各种原始误差，它们以不同的方式和程度反映为加工误差。1、原始误差机床夹具刀具工件——机械加工工艺系统→机械加工系统∴工艺系统误差称为原始误差工艺系统误差是“因”，是根源；加工误差是“果”，是表现。上一页下一页2、原始误差产生加工误差的根源，它包括：工艺系统静误差•主轴回转误差•导轨误差•传动链误差•一般刀具•定尺寸刀具•成形刀具•展成法刀具•试切法•调整法•外力作用点变化•外力方向变化•外力大小变化机床几何误差工艺系统几何误差原理误差调整误差测量误差定位误差工艺系统动误差工艺系统力变形工艺系统热变形工艺系统内应力变形刀具几何误差夹具几何误差•机床热变形•工件热变形•刀具热变形上一页下一页三、误差的敏感方向——在加工过程中，各种原始误差的影响会使刀具和工件间正确的几何关系遭到破坏，引起加工误差，各种原始误差的大小和方向各不相同，而加工误差则必须在工序尺寸方向度量。因此，不同的原始误差对加工精度有不同的影响。——当原始误差的方向与工序尺寸方向一致时，其对加工精度的影响最大。——以外圆车削为例说明两者的关系上一页下一页如图，车削时工件的回转轴线为O，刀尖正确位置在A。设某一瞬时由于各种原始误差的影响，使刀尖位移到A’，AA’即为原始误差δ，它与OA间的夹角为φ，——当原始误差的方向恰为加工表面的法向方向(φ＝0°)时，引起的加工误差最大；可以看出：由此引起工件加工后的半径由R0＝OA变为R＝OA’，故半径上的加工误差△R为：上一页下一页——当原始误差的方向恰为加工表面的切线方向(φ＝90°)引起的加工误差最小。——把对加工精度影响最大的那个方向称为误差的敏感方向——对加工精度影响最小的那个方向则称为误差的不敏感方向上一页下一页——加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。（书P150）一、加工原理误差§3.2工艺系统的几何精度对加工精度的影响注意：采用近似的成形运动或近似的切削刃轮廓，虽然会带来加工原理误差，但往往可简化机床或刀具的结构，提高生产效率，有时反而能得到较高的加工精度。∴只要刀具误差不超过规定的精度要求、在生产中仍能得到广泛的应用。上一页下一页二、调整误差——在机械加工的每一工序中。总是要对工艺系统进行这样或那样的调整工作，不可能绝对准确，因而产生调整误差。工艺系统的调整的基本方式(1)试切法调整(2)调整法调整(1)试切法调整应用：单件小批生产中方法：对工件进行试切—测量—调整—再试切，直到达到要求的精度为止。上一页下一页1)测量误差这时，引起调整误差的因素有：2)进给机构的位移误差——由量具本身精度、测量方法及使用条件引起。3)试切时与正式切削时切削层厚度不同的影响——在微量调整刀具的位置、低速微量进给中，常常出现进给机构的“爬行”现象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。——精加工时，切削刃只起挤压作用而不起切削作用，但正式切削时的深度较大工件。上一页下一页(2)调整法调整影响调整精度的因素有：1）影响试切法调整精度的因素，因为采用调整法对工艺系统进行调整时，也要以试切为依据。2）用定程机构调整时，调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮等机构的制造精度和刚度；3）用样件或样板调整时，调整精度取决于样件或样板的制造、安装和对刀精度；4）工艺系统初调好以后，—般要试切几个工件，并以其平均尺寸作为判断调整是否准确的依据。由于试切加工的工件数(称为抽样件数)不可能太多，不能完全反映整批工件切削过程中的各种随机误差，故试切加工几个工件的平均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。上一页下一页三、机床的制造误差与磨损——机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。机床导轨导向误差机床主轴回转误差机床传动链的误差机床误差——机床导轨误差多达21项——机床导轨是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动的主要因素，直接影响工件的加工质量。——对加工精度影响最大的是导轨和主轴的精度。——分析导轨误差对加工精度的影响时，主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。上一页下一页1）导轨在水平面内直线度误差（1）机床导轨的直线度误差的影响→纵向切削时刀尖的运动轨迹不为直线→其相对于轴线的距离发生变化→工件圆柱度误差。2）导轨在垂直面内直线度误差→车刀刀尖位置沿工件外圆的切线方向变化→对工件的直径影响较小。ΔYΔYoDΔR水平面导轨水平面内直线度上一页下一页（2）导轨面间平行度（扭曲）误差（书P151）（图中Δ→δ）BHYR——一般车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1→此原始误差不能忽视。上一页下一页（3）机床主轴旋转时轴线位置的变化主轴的误差轴承的误差轴承的间隙与轴承配合零件的误差主轴系统的径向不等刚度和热变形等影响主轴回转运动误差的主要因素——对于不同类型的机床，其影响因素也各不相同。→影响工件的圆度上一页下一页（3）机床主轴旋转时轴线位置的变化a）切削载荷→主轴的轴颈始终压紧在轴承表面的一定部位→主轴轴颈的圆度会反映到工件中。b）切削力方向时刻在变→主轴的轴颈始终以其某一母线压紧着轴承表面的不同部位→滑动轴承（轴承孔）的圆度将反映到工件上。——如果用滚动轴承→轴承的径向跳动必须保证严格的公差→采用精密轴承和正确的安装方法上一页下一页三、其他几何误差一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等)的制造误差，对加工精度没有直接影响。1、刀具误差一般刀具定尺寸刀具成形刀具机加工中常用的刀具有：定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用中不当将产生跳动，也将影响加工精度。成形刀具(如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等)的制造误差和磨损，主要影响被加工表面的形状精度。上一页下一页1）定位元件、刀具导向元件、分度机构和夹具体的制造误差2）夹具元件装配误差3）夹具在长期使用过程中工作表面的磨损2、工件的装夹误差与夹具制造、磨损——工件装夹误差是指定位误差和夹紧误差夹具制造、磨损上一页下一页1）工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。3、测量误差∴要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。上一页下一页2）量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度、目测正确程度等，都直接影响加工误差。§3.3工艺系统的受力变形对加工精度的影响一、基本概念1、工艺系统加工中受到的力有：切削力传动力惯性力夹紧力重力等——工艺系统在这些力的作用下，将产生相应的变形→将破坏切削刃和工件之间已调整好的正确的位置关系→产生加工误差。上一页下一页（2）在内圆磨床上用横向切入磨孔时，磨出的孔会产生带有锥度的圆柱度误差。如图（b）所示。（1）车削细长轴时，工件在切削力作用下的弯曲变形，加工后会产生鼓形的圆柱度误差如图（a）所示。（a）（b）上一页下一页2、工艺系统受力对其性能的影响1）是加工中一项很重要的原始误差2）严重影响工件的加工精度3）还影响加工表面质量4）限制加工生产率的提高3、工艺系统承受受力变形能力的评价——从材料力学知道，任何一个受力物体总要产生一些变形。物体承受受力变形的能力可由静刚度(简称刚度)来表示。上一页下一页——切削加工中，在各种外力作用下，工艺系统各部分将在各个受力方向产生相应的变形。——在切削力F的作用下，分力Fy与y方向上的变形量Y之比：工艺系统刚度：对于工艺系统受力变形，主要研究误差敏感方向。因此，工艺系统刚度jg定义为：jg=Fy/Y=切削力在y方向的分力/在切削力F的作用下产生的y方向的变形工艺系统受力变形对加工精度的影响：→形状误差、尺寸误差上一页下一页——当工艺系统刚度变化不大，近似地作为常数时，由于被加工表面的形状误差或材料硬度不均匀→切削力变化→受力变形不一致→产生加工误差。二、毛坯误差的复映规律工件就形成圆度误差，这种现象称为“误差复映”。例：车削，工件毛坯存在圆度误差(例如椭圆)，如图所示。由于工件毛坯存在圆度误差车削时使切削深度在ap1与ap2之间变化。——切削分力f也随切削深度a的变化由最大ymax变到最小ymin工艺系统将产生相应的变形1、误差复映上一页下一页——当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时，需要多次进给来消除毛坯误差Δm复映到工件上。2、误差复映规律的应用——由于误差复映系数ε总是小于1，而且是—个远远小于1的系数，小数相乘更小。因此．一般IT7要求的工件经过2—3次进给后，可能使Δm复映到工件上的误差减小到公差允许值的范围内。应用：1）估算加工后的工件误差2）根据工件的公差值与毛坯误差值来确定加工次数——可增加工艺系统刚度或减少径向切削力系数→减少工件的复映误差上一页下一页三、减少工艺系统受力变形的措施（书P153）——减少工艺系统受力变形，是机械加工中保证产品质量和提高生产率的主要途径之一，根据生产实际情况，可采取以下几方面措施。1、提高工艺系统刚度jg；2、减小切削力及加工过程中切削力的变化，特别是减小敏感方向的切削力及其变化；3、转移、补偿工艺系统的受力变形。上一页下一页§3.4工艺系统的热变形对加工精度的影响——在机械加工过程中，工艺系统在各种热源的影响下常产生复杂的变形，破坏工件与切削刃相对的正确位置，从而产生加工误差。一、概述——据统计，在精密加工中，由于热变形引起的加工误差约占总加工误差的40％一70％。高效、高精度、自动化加工技术的发展，使工艺系统热变形问题变得更为突出，已成为机械加工技术进一步发展的一个重要的研究课题。上一页下一页1、引起工艺系统受热变形的热源：系统内部热源(切削热和摩擦热)系统外部热源(如太阳辐射热)导热传热对流传热辐射传热2、热的传递方式：——当单位时间内的热量传入与传出相等时，温度不再升高，这时工艺系统就达到热平衡状态。在热平衡状态下，工艺系统